| 【中文题名】 | 基于改进遗传算法的控制系统在倒立摆中的应用 |
| 【英文题名】 | Application of the Controller System of the Inverted Pendulum Based on the Improved GA |
| 【学科专业】 | 控制理论与控制工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-9-10 |
| 【中关键词】 | 智能控制,遗传算法,染色体,倒立摆,, |
| 【英关键词】 | intelligent controller,GA,chromosome,inverted pendulum, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>自动化系统>自动控制、自动控制系统> |
| 【论文摘要】 |
倒立摆的控制是一个典型的平衡控制问题，作为一个复杂、不稳定的倒立摆控制系统一直被用作实时控制试验的验证设备。同时，由于倒立摆控制系统与机器人和飞行器等控制系统的相似性，对其进行控制所采用的控制算法以及得出的结论对其它工程控制问题具有一定的指导意义。
遗传算法是模拟生物在自然环境中的遗传和进化过程而形成的一种自适应全局优化概率搜索方法。遗传算法提供了一种求解复杂系统优化问题的通用框架，它不依赖于问题的具体领域，对问题的种类有很强的鲁棒性，所以广泛应用于很多学科。在自动控制领域中有很多与优化相关的问题需要求解，遗传算法已在其中得到了广泛的应用，并显示出了良好的优化效果。
本文首先阐述倒立摆控制系统的研究发展过程和现状，随后详细介绍了一级和二级倒立摆控制系统的动力学公式的推导。在分析了遗传算法(GA)优缺点的基础上，根据倒立摆控制系统的特点，通过改进的遗传算法来优化控制器的待定参数，设计了倒立摆控制器；并对固高公司的倒立摆控制系统做了分析。通过C语言设计出的遗传算法程序进行数值优化，采用EXCEL模拟程序所得到的数据，得到仿真图形，验证改进遗传算法的控制效果的快速性和优越性；并以MATLA... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
3-4 |
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ABSTRACT |
4-7 |
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第1章 绪论 |
7-11 |
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1.1 倒立摆的发展过程及其本课题的研究意义 |
7-8 |
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1.1.1 倒立摆的起源 |
7 |
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1.1.2 本课题的研究意义 |
7-8 |
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1.2 传统的控制方法在倒立摆中的应用 |
8 |
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1.3 遗传算法及其他控制方法在倒立摆中的应用 |
8-10 |
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1.4 本课题的主要工作 |
10-11 |
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第2章 倒立摆系统的数学模型 |
11-22 |
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2.1 一级倒立摆数学公式的推导 |
11-14 |
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2.1.1 用牛顿—欧拉方法分析数学模型 |
11-14 |
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2.1.2 一级倒立摆系统的分析结果 |
14 |
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2.2 二级倒立摆数学公式的推导 |
14-21 |
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2.2.1 用牛顿力学分析数学模型 |
15-19 |
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2.2.2 用拉格朗日方法分析数学模型 |
19-21 |
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2.3 本章小结 |
21-22 |
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第3章 倒立摆控制策略的选择和PID控制器的设计 |
22-33 |
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3.1 起摆控制方法的研究-能量反馈控制 |
22-24 |
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3.2 稳摆控制方法的研究-变比例PID控制 |
24-27 |
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3.3 变比例PID控制器的设计 |
27-32 |
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3.3.1 步进电机输出力与输入电压的关系 |
27-29 |
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3.3.3 闭环PD反馈控制步进电机 |
29-32 |
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3.4 本章小结 |
32-33 |
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第4章 遗传算法的理论与应用 |
33-52 |
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4.1 简单遗传算法的理论与应用 |
34-41 |
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4.1.1 遗传算法的理论基础 |
34-36 |
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4.1.2 设计遗传算法的基本步骤 |
36-40 |
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4.1.3 遗传算法参数的选择及优化过程 |
40-41 |
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4.2 改进的遗传算法 |
41-52 |
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4.2.1 分层遗传算法 |
42-48 |
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4.2.2 改进遗传算法在倒立摆控制系统中的应用 |
48-52 |
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结束语 |
52-53 |
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参考文献 |
53-56 |
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作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
56-57 |
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致谢 |
57 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.385469 |
